(EDI) é uma tecnologia de tratamento de água que utiliza corrente elétrica contínua, membranas de troca iônica e resina de troca iônica para deionizar água, removendo, assim, minerais traços que funcionam como ânions e cátions. Por si só, não remove outros contaminantes, incluindo patógenos, compostos orgânico ou gases dissolvidos. EDI é tipicamente empregado como tratamento de polimento após a osmose reversa (OR) e é usada na produção de água ultrapura. Difere de outros métodos de polimento por OR, como leitos mistos regenerados quimicamente, por operar de forma contínua, sem regeneração química.

A eletrodeionização pode ser usada para produzir água de alta pureza, atingindo valores de resistividade elétrica tão altos quanto 18,2 MΩ/cm.

Eletrodeionização (EDI) integra três processos distintos:

Eletrólise: Uma corrente contínua direciona íons positivos e negativos para eletrodos com cargas elétricas opostas. O potencial elétrico atrai ânions e cátions das câmaras de diluição, através de membranas de troca catiônica ou aniônica, para as câmaras de concentração. Troca iônica: Uma resina de troca iônica preenche as câmaras de diluição. À medida que a água flui através do leito de resina, cátions e ânions fixam-se nos sítios da resina. Regeneração eletroquímica: Ao contrário dos leitos mistos regenerados quimicamente, a EDI realiza a regeneração através de separação da água induzida por corrente elétrica contínua. A água se divide a partir de H2O em H+ e OH− regenerar a resina de forma eficaz, sem a necessidade de aditivos químicos externos. EDI é às vezes rotulada "eletrodeionização contínua" (CEDI, continuous electrodeionization) porque a corrente elétrica regenera continuamente a massa de resina de troca iônica.

Qualidade da alimentação Para maximizar a pureza da água produzida, a água de alimentação do sistema EDI requer pré-tratamento, geralmente realizado por meio de osmose reversa. Quando alimentado com água de baixo teor de sólidos totais dissolvidos (por exemplo, purificada por osmose reversa), o produto pode atingir níveis de pureza muito elevados. A composição da água de alimentação deve ser mantida dentro de determinados parâmetros para evitar danos ao equipamento de EDI.

As preocupações comuns quanto à qualidade da água de alimentação são: Dureza, que geralmente é limitado a 1 parte por milhão (ppm) de CaCO3 ou molécula correspondente, com exceções limitadas de até 2 ppm. Conteúdo de sílica (SiO2), que, de modo geral, não deve exceder 1 ppm na maioria das células de EDI ou 2 ppm em módulos de célula fina. CO2, que deve ser monitorado para evitar sobrecarga da resina de troca iônica. COT, o qual pode incrustar resinas e membranas, deve ser minimizado. Cloro, ozônio e outros oxidantes pode oxidar resinas e membranas e causar danos permanentes, devendo ser minimizado.

História A eletrodeionização foi desenvolvida no início da década de 1950 para eliminar ou minimizar o fenômeno de polarização por concentração presente nos sistemas de eletrólise da época. Uma patente da tecnologia foi depositada em 1953, e publicações subsequentes popularizaram a tecnologia.

A aplicação da tecnologia era limitada devido à baixa tolerância a sólidos totais dissolvidos, dureza e matéria orgânica. Durante as décadas de 1970 e 1980, a osmose reversa tornou-se a tecnologia preferida em relação às resinas de troca iônica para águas com altos níveis de sólidos dissolvidos totais (SDT). À medida que a osmose reversa ganhava popularidade, a EDI surgiu como uma tecnologia de polimento adequada. Sistemas compactos de osmose reversa e EDI começaram a substituir os sistemas de troca iônica com regeneração química.

Em 1977 Harry O'Hare construiu e testou um dispositivo de EDI funcional e, em seguida, depositou patentes de EDI.

Em 1986 e 1989, várias empresas desenvolveram novos dispositivos de EDI. Os dispositivos iniciais eram grandes, caros e, muitas vezes, pouco confiáveis. No entanto, na década de 1990, foram introduzidos projetos modulares menores e menos dispendiosos. Ainda assim, esses projetos e seus sucessores atuais continuam a enfrentar limitações, como o custo e uma faixa de operação restrita.

Aplicações Na indústria de eletrônicos, a água deionizada é utilizada para enxaguar componentes durante a fabricação. Isso é necessário para evitar possíveis curtos-circuitos que poderiam destruir chips eletrônicos. Como os chips eletrônicos são muito pequenos, há pouco espaço livre entre os elementos dos componentes, e a eletricidade pode ser conduzida entre eles mesmo por meio de uma pequena quantidade de íons, causando um curto-circuito. O uso de água deionizada para limpar os componentes ajuda a minimizar a presença de íons em suas superfícies e, consequentemente, reduz a ocorrência de curtos-circuitos.

Na indústria farmacêutica, a presença de íons indesejados na água utilizada no desenvolvimento de medicamentos pode levar a reações secundárias indesejadas e introduzir impurezas prejudiciais.

Na geração de energia, a presença de íons na água de alimentação da caldeira pode levar ao acúmulo de sólidos ou à degradação das paredes da caldeira; ambos os problemas podem reduzir a eficiência do equipamento e apresentar riscos à segurança.

Devido às significativas implicações financeiras e de segurança nessas três indústrias, a demanda econômica delas por água de alta pureza representa a maior parte da procura por dispositivos EDI e pelo desenvolvimento dessa tecnologia.

Sistemas de eletrodeionização também têm sido aplicados na remoção de metais pesados ​​de diferentes tipos de águas residuais provenientes da mineração, galvanoplastia e processos nucleares. Os principais íons removidos nesses processos são cromo, cobre, cobalto e césio, embora o EDI também seja utilizado na remoção de outros.

Teoria Os eletrodos na célula electroquímica são classificados como um ânodo ou um cátodo. Umânodo é um eletrodo no qual elétrons saem da célula e a oxidação ocorre, enquanto um cátodo é um eletrodo no qual os elétrons entram na célula e a redução ocorre. Cada eletrodo pode se tornar um ânodo ou um cátodo, dependendo de voltagem aplicada à célula.

Cada célula de desionização consiste em um eletrodo e um eletrólito contendo íons que sofrem oxidação ou redução. Como geralmente são constituídos por íons em solução, os eletrólitos são frequentemente chamados de "soluções iônicas", mas também existem eletrólitos fundidos e sólidos.

A água passa entre um ânodo e um cátodo. Membranas seletivas a íons permitem que íons positivos se separem da água em direção ao eletrodo negativo, e íons negativos em direção ao eletrodo positivo. Como resultado, os íons não conseguem escapar da célula e produz-se água deionizada.

Ao usar uma corrente superior à necessária para o movimento dos íons, uma porção da água incidente será decomposta, formando ânions hidróxido (OH−) e cátions hidrogênio (H+). Essas espécies substituirão os ânions e cátions de impureza na resina. Esse processo é chamado de "regeneração in situ" da resina. Como essa substituição ocorre simultaneamente ao processo de desionização, ela permite uma purificação contínua, ao contrário das técnicas de desionização que exigem uma interrupção na operação para a regeneração química das resinas de troca iônica.

O objetivo da resina de troca iônica é manter uma condutância estável através da água de alimentação. Sem a resina, os íons poderiam ser removidos inicialmente, mas a condutância cairia drasticamente à medida que a concentração de íons diminuísse. Com uma condutância mais baixa, os eletrodos teriam menor capacidade de direcionar eficientemente o fluxo de elétrons através da célula; por outro lado, com a adição de resina — e, consequentemente, uma condutância estável —, o fluxo de elétrons permanece constante, assegurando uma taxa de remoção de íons também constante. Portanto, com o uso de resina, as concentrações finais de íons remanescentes na água processada podem ser ordens de magnitude menores.

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